(57)【要約】【課題】  本発明は、急速冷却した高炉スラグの良質なセメントコンクリートやモルタル用の細骨およびその製造方法を提供する。【解決手段】  高炉から発生した溶融スラグを水で急冷して得た、高炉水砕スラグをセメントコンクリートやモルタル用の細骨材を製造する。また、０．３ミリメートル以下の微粉の比率が８％以下である高炉水砕スラグであるセメントコンクリートやモルタル用の細骨材であり、また、この高炉水砕スラグと他の細骨材を混合して製造した混合細骨材である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態の高炉スラグを冷却水で急速冷却して製造した高炉スラグ粒であって、平均粒径が０．７〜１．５ミリメートルで、かつ、０．３ミリメートル以下の粒子の存在比率が８％以下であることを特徴とする細骨材。
【請求項２】
高炉スラグ粒集合体中の高炉スラグ粒子の空間占有率が５２％以上であることを特徴とする請求項１記載の細骨材。
【請求項３】
他材料の細骨材に、前記請求項１または２記載の細骨材を混合して製造したことを特徴とする細骨材。
【請求項４】
０．５ミリメートル以上の格子または平行隙間の振動式スクリーンを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の細骨材製造方法。
【請求項５】
１〜２ミリメートルの格子または平行隙間の振動式スクリーンを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の細骨材製造方法。
【請求項６】
溶融高炉スラグを水で急速冷却して製造した高炉スラグ粒を破砕加工したものを、分級して製造することを特徴とする細骨材製造方法。
【請求項７】
溶融高炉スラグを水で急速冷却して製造した高炉スラグ粒を分級したものを、破砕加工することを特徴とする細骨材製造方法。
【請求項８】
溶融高炉スラグを水で急速冷却して製造した高炉スラグ粒を破砕加工したものを、分級して製造することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の細骨材製造方法。
【請求項９】
溶融高炉スラグを水で急速冷却して製造した高炉スラグ粒を分級したものを、破砕加工することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の細骨材製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄用高炉で発生するスラグを原料とするセメントコンクリートまたはモルタル用の細骨材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セメントコンクリートやモルタル用の細骨材は、従来は、海砂、川砂、陸砂、石灰石等の砕砂、その他の天然素材が多く使われてきた。しかし、近年、これらの資源枯渇の問題や砂の採取に伴う環境破壊の問題が発生している。この問題を解決するために、産業界で発生する副産物を細骨材として利用する方法が研究開発されており、幾つかの物質が、実際に、細骨材として使用されている。
【０００３】
また、細骨材用砂の資源枯渇問題から、砂の品質低下の問題が生じている。例えば、陸砂では、良質な部分の採取が終わり、粒径の小さい砂が多くなってきている。現在採取されている低品質の細骨材用砂は、平均粒径が０．４〜０．６ミリメートル程度であり、０．６ミリメートル以下の粒子が５０〜６５％、また、０．３ミリメートル以下の粒子が２０〜３５％存在している。この粒度構成であるため、粗粒率は、１．８〜２．２と小さいものである。このような低品質の砂はそのままでは、モルタルやコンクリートの細骨材として使用することが困難である。そこで、粗粒率が２．６〜３．５である粒径の大きい細骨材を混合して、細骨材としての品質を向上することが行われている。
【０００４】
一方、高炉から排出されるスラグの処理方法は、溶融状態でヤードに流して徐冷する方法と溶融状態で、加圧水を噴出している樋の中で水冷し、急速冷却する方法がある。この内、水冷却する方法で製造された高炉スラグは水砕スラグと呼ばれる粒径５ミリメートル以下のガラス質の固形スラグである。この水砕スラグを微粉砕して、高炉セメント原料とする用途がある。また、水砕スラグを無加工もしくは、軽破砕して、砂代替の土木建築用の原料としても利用されており、この用途の中には、コンクリートやモルタル用の細骨材がある。この細骨材は、天然砂の代替としての用途として用いられている。以降、これを高炉スラグ細骨材と称す。
【０００５】
スラグ細骨材は、高炉セメント原料用の微粉末に用いられる水砕スラグとは異なる物性が要求されている。ＪＩＳ  Ａ５０１２−１９８１にも規定されているように、比較的比重が大きく、吸水率の少ない水砕スラグである。例えば、特開昭５５−１３６１５１号公報（特許文献１）に記載の方法のように、その冷却方法も、高炉セメント原料用とは異なっており、比較的冷却の強い条件で製造されている。冷却されて製造された無加工の水砕スラグ（以下、原鉱水砕スラグと称す）には、粒状のものに混じって、針状のガラス化したものが混合している。この針状スラグが混合しているために、水砕スラグ粒子が密に詰まった状態になりづらい。この結果、粒子の空間占有率（以下、実積率を称す）が低く、細骨材としては、良い性能が発揮できていなかった。したがって、この問題点の解決のため、破砕機を用いて、原鉱水砕スラグを軽粉砕することにより、粒径を小さくするとともに、針状スラグを破壊して、絶対乾燥比重、単位容積比重を向上させ、細骨材としての性能を向上させることが行われている。
【０００６】
しかし、この破砕処理により、高炉スラグ粒子の粒径が小さくなり、細め低品質細骨材の品質向上の用途には不向きになる。そこで、以前に、本発明者らは、軽破砕加工の前後いずれかに水砕スラグを篩にかけて、粒径の小さい部分を排除することにより、高炉スラグ細骨材の粒径を大きくすることが有効であることを見出し、特開２０００−３１９７０８号公報（特許文献２）に記載される発明を行った。この発明により、高炉スラグ細骨材の品質が向上して、この高炉スラグ細骨材と細めの低品質細骨材を混合することにより、細骨材の品質が向上して、生コンクリートの流動性が改善されて、コンクリート施工が容易となる効果が得られている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５５−１３６１５１号公報
【特許文献２】特開２０００−３１９７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、粒径が細かく、低品質の砂が増加している。これに混合して、粒径分布を適正化する目的で使用する高炉スラグ細骨材には、細かい粒子比率が低いものが要求されるようになってきている。前述したように、低品質の細骨材用砂は、０．６ミリメートル以下の粒子が５０〜６５％、また、０．３ミリメートル以下の粒子が３０〜４０％存在している。このような粒度構成であるため、粗粒率は１．９〜２．２と極めて細かい砂で、特に０．３ミリメートル以下の細かい粒子が多い構成となっている。
【０００９】
一方、細骨材に適正な粒度構成の場合は、粗粒率は２．５〜２．７であり、平均粒径が０．７〜１ミリメートルである。また、０．６ミリメートル以下の粒子が４０〜５０％、また、０．３ミリメートル以下の粒子が１５〜２５％存在している。このいわゆる中目砂を用いる場合は、流動性のよい生コンクリートが製造できる。低品質の細骨材用砂中の過多な細かい粒子の比率を下げるためには、混合する高炉スラグ細骨材には、０．６ミリメートル以下の粒子の少ないものが要求されている。低品質の細骨材用砂を、細骨材に適正な粒度構成にするために、粗粒率は、２．６以上の高炉スラグ細骨材を混合することが行われている。
【００１０】
しかし、このような粗粒率の高い高炉スラグ細骨材でも、０．６ミリメートル以下の粒子が３５〜４５％、また、０．３ミリメートル以下の粒子が２０〜２５％存在している。したがって、通常の高炉スラグ細骨材は、粗粒率が２．１〜２．３のさほど細かくない細骨材用砂の粒度改善の効果が得られる。しかし、粗粒率が２．１以下の細かい細骨材用砂の高炉スラグ細骨材を混合する場合には、混合率が５０質量％以上となって、比較的高価な高炉スラグ細骨材を使うことによるコストアップの問題が生じている。
【００１１】
この要求に答えるために、０．３ミリメートル以下の粒子比率が少なく、粗粒率の低い砂の粒度改善のニーズが増加している。この結果、高水砕スラグを篩にかけて分級することにより、細かい粒子を除去した高炉スラグ細骨材を製造する方法は、重要性を増しており、前述した本発明者らが発明した特開２０００−３１９７０８号公報に記載される高炉水砕スラグを分級してスラグ細骨材を製造する方法は効果的である。しかしながら、本方法においても、細かい粒子を除去する効果には制限があった。
【００１２】
高炉水砕スラグは５〜１５質量％の水分を含み、細かい粒子が大きい粒子に付着しており、これらが離れずらい特徴がある。したがって、一般的な篩装置を用いた場合は、そのままでは、分級することがむずかしかった。例えば、一般的な篩装置である振動式篩を用いて、水分が５〜１５質量％の水砕スラグを分級する場合は、２〜３ミリメートルの篩目で分級することは、なんとか可能であるものの、これ以上細かい篩目の場合は、十分に分級できない問題点があった。この結果、０．６または０．３ミリメートル以下の細かい粒子を効率良く除去できず、０．６ミリメートル以下の細かい粒子の比率が３０〜４０％、また、０．３ミリメートル以下の細かい粒子の比率が１５〜２０％にまでしかならなかった。
【００１３】
このように、従来技術による分級では、０．６または０．３ミリメートル以下の粒子を効果的に除去できないことから、その効果が限定的であった。特に、０．３ミリメートル以下の細かい粒子を除去して、細目砂と混合して最適に粒径分布の中目の細骨材を製造できる高炉スラグ細骨材を製造するための分級方法は確立されていなかった。したがって、この問題を解決するために、新しい分級方法を確立して、細かい粒子の少ない高炉水砕スラグが原料の細骨材を製造する方法が求められていた。また、分級を中心とする処理により、細め砂の粒度改善を行うために適正な粒度構成を持つ高炉スラグ細骨材が求められていた。
【００１４】
さらに、高炉スラグ細骨材は固結する問題があった。高炉水砕スラグは、カルシウムシリケートとムライトをベースとするガラス質であり、水分が存在する状態では、数日から数ヶ月かけて、この中のカルシウムが溶出してきて、これが水和反応を起こし粒子間で析出することにより、多数の粒子が結合して、塊となる現象が固結である。固結現象のため、高炉スラグ細骨材を保管する際に、固まってしまい、ハンドリングが困難な状態となる。この結果、高炉スラグ細骨材を使用することが困難になる問題があった。カルボン酸金属塩の有機系固結遅延剤の使用により固結遅延が可能である。しかし、この方法は、固結遅延剤が高価であることと、これを使用しても、２８℃以上と気温の高い時期では、水和反応が速く、固結遅延効果が３週間程度しかもたず、効果が長続きしない問題があった。高炉スラグ細骨材を経済的に使用するためには、固結を防止することが重要であり、そのための新しい技術が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）溶融状態の高炉スラグを冷却水で急速冷却して製造した高炉スラグ粒、いわゆる高炉水砕スラグ粒であって、平均粒径が０．７〜１．５ミリメートルで、かつ、０．３ミリメートル以下の粒子の存在比率が８％以下であることを特徴とする細骨材、なお、この高炉水砕スラグは水冷されて製造された後に、破砕加工された粒子であることもある、
（２）実積率、つまり、集合体中の高炉水砕スラグ粒子の空間占有率が５２％以上であることを特徴とする前記（１）記載の細骨材。
（３）天然砂や砕砂などの他材料の細骨材に、前記（１）または（２）記載の細骨材を混合して製造したことを特徴とする細骨材。
【００１６】
（４）０．５ミリメートル以上の格子または平行隙間の振動式スクリーンを用いることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか記載の細骨材製造方法。
（５）１〜２ミリメートルの格子または平行隙間の振動式スクリーンを用いることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか記載の細骨材製造方法。
（６）高炉水砕スラグ粒を破砕加工したものを、分級して製造することを特徴とする細骨材製造方法。
【００１７】
（７）高炉水砕スラグ粒を分級したものを、破砕加工することを特徴とする細骨材製造方法。
（８）高炉水砕スラグ粒を破砕加工したものを、分級して製造することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか記載の細骨材製造方法。
（９）高炉水砕スラグ粒を方法で分級したものを、破砕加工することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか記載の細骨材製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べたように、本発明による急速冷却した高炉スラグを効率的に分級し、しかも分級処理で良質なセメントコンクリートやモルタル用の細骨を得ることが出来る優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、本発明者らは、モルタルやセメントコンクリート用の高炉スラグ細骨材の物性を調査して、０．３ミリメートル以下の粒子比率が少ない場合は、固結が起きづらいことを解明した。固結は、付着水がある状態のガラス化した高炉スラグから酸化カルシウムが溶出して、これが針状の水和体を形成して、これが粒子間の結合を起こす現象である。本発明者らの研究では、酸化カルシウムの溶出は比表面積に比例することを解明した。
【００２０】
本発明者らは、さらに、種々の粒度構成の高炉スラグ細骨材を実験的に製造して、その特性を調査した。この結果、従来は解明されていなかった事実である、粒度分布が固結に影響することを見出した。本発明者らは、細かい粒子を除いて、高炉スラグ細骨材の比表面積を小さくしたもので、固結の実験を行った。高炉スラグ細骨材の０．３ミリメートル以下の粒子を１２％以下としたところ、１ヶ月間、４０℃の環境に保管しても、固結が起きなかった。したがって、固結防止の観点から、高炉スラグ細骨材中の０．３ミリメートル以下の粒子比率を１２％以下とすることが本発明の高炉スラグ細骨材の条件である。また、０．１５ミリメートル以下の粒子を４％以下とすることにより、この効果が顕著になる。特に、長期間固結現象を防止したい場合は、０．３ミリメートル以下の粒子比率を８％以下、また、０．１５ミリメートル以下の粒子を２％以下とすると、２ヶ月以上の保管でも固結が起きない。
【００２１】
一方、前述したように、細かい粒子が多い細骨材では、生モルタルや生コンクリートの流動性が悪化する。本発明者らの研究では、細骨材に粒径が０．３ミリメートル以下の粒子が３０％以上含まれる場合は、細骨材が細かすぎて、モルタルと粗骨材のなじみが悪い問題があることが判明した。これは、粗骨材は、５〜２５ミリメートルであるのに対して、０．３ミリメートル以下の粒子が３０％以上と多い場合は、コンクリート中の０．３〜５ミリメートルの粒子が少なすぎて、粒度構成にギャップが生じる。この結果、セメントミルクと細かい粒子の混合物と粗骨材の間をなじませる中間粒径の粒子、特に、０．５〜２ミリメートルの粒子が少ないことが問題となる。
【００２２】
このために、このような細かい細骨材に、粒径の小さい粒子の少ない高炉スラグ細骨材を混合する。この際に使用する高炉スラグ細骨材は、上記に説明したものが良い。つまり、粒径が０．３ミリメートル以下の粒子の比率が１２％以下の高炉スラグ細骨材を使用する。ただし、混合後の細骨材には０．５〜２ミリメートルの粒子が多く存在する必要があるため、この高炉スラグ細骨材の平均粒径は、０．７〜１．５ミリメートルである。
【００２３】
また、混合後の細骨材が緻密であることも、良質の細骨材製造の重要な項目である。本発明者らは、高炉スラグ細骨材の粒子の空間占有率、いわゆる実積率が５２％以上であることが混合後の細骨材を緻密にする重要は条件であることも解明した。一般に、実積率が５６〜６２％である細骨材が高品質細骨材であるが、本発明の高炉スラグ細骨材は、分級されており、粒度分布がそろっているため、５２〜５７％でも、一般の細骨材の良好な実積率の範囲と同等の品質になる。
【００２４】
この高炉スラグ細骨材は０．３ミリメートル以下の粒子が１２％以下しかないため、細かい砂、つまり、０．３ミリメートル以下の粒子が３０％以上であり、粗粒率が１．９〜２．２である砂に対して、これを３０質量％程度の比率で混合するだけで、コンクリート用細骨材として適正な粒度分布となる。この結果、高価な高炉スラグ細骨材の使用量を少量に抑えられることから、経済的な細骨材製造が可能となる。また、この高炉スラグ細骨材は、前述したように、固結問題がないことも、本発明の細骨材を使用する理由である。固結問題がないため、これをサイロなどに入れて保管して、機械的に定量切り出しできる。このことから、これを混合用に使用する際に、サイロなどに保管してある細かい天然砂などの細骨材と切り出しながら定量的に均一混合できるなどの効果があることから、本発明の高炉スラグ細骨材は、混合用に優れたものである。
【００２５】
このように、本発明の高炉スラグ細骨材は、優れた特徴を持つものであるが、前述したように、従来技術では、工業的な規模で、０．３ミリメートル以下の粒子の比率を低下させることが困難であったことから、このような高炉スラグ細骨材は存在していなかった。この理由もあって、本発明の効果が解明されていなかった。つまり、これを安価に製造することが困難であったことも、本発明の細骨材が見出されなかった理由である。そこで、本発明者らは、工業的な規模、つまり時間当たりの処理量が３０〜２００トンでの高炉水砕スラグの分級方法の研究を行った。
【００２６】
本発明者らは、実験により、通常の水分である５〜１５質量％の付着水分の場合は、高炉水砕スラグ中の０．３ミリメートル以下の細かい粒子は、１ミリメートル以上の大きな粒子に付着していることを解明した。また、この付着力は強く、一般的な機械で起こせる振動などでは、容易に分離しないことも解明した。細かい粒子を分離するためには、乾燥させて水分を低下させるか、高炉水砕スラグ粒子間に収まらないまで水を過剰に加えることのいずれかの方法で、分級しやすくなった高炉水砕スラグを篩うことにより、この問題が解決できることを見出した。
【００２７】
高炉水砕スラグの水分を低下させる方法では、粒子間の水分による粘着力を弱くすることにより、篩いやすくする。本発明者らは、高炉水砕スラグの水分を３質量％以下とすることによって、粒子の分離を良くして、これを分級することが効率的であることを解明した。製造された直後の高炉水砕スラグは、２０質量％程度の水分を含むことから、まず、水切りすることにより、付着水分を６〜１０質量％にする。次に、乾燥装置にて、水分を３質量％以下、望ましくは、１．５質量％以下にする。この状態となると、高炉水砕スラグは流動しやすくなる。
【００２８】
この低水分の高炉水砕スラグを図１の装置で分級する。図１は、低水分の高炉水砕スラグを分級する装置の例である振動式篩装置を示すものである。高炉水砕スラグの供給槽１から高炉水砕スラグを切り出し、乾式振動式スクリーン２の上に載せる。ここで、高炉水砕スラグを振動スクリーン２の篩目の下に、細かい粒子を落とす。大きい粒子は、乾式振動式スクリーン２の上に残り、排出部３の方向に搬送される。排出部３から排出された、粒子の大きい高炉水砕スラグは、大粒子製品槽４に備蓄される。また、篩下に落ちた細かい粒子は、小粒子シュート５を経由して小粒子製品槽６に備蓄される。
【００２９】
分級操作の結果、低水分の高炉水砕スラグを篩う処理では、篩目（篩の隙間）の幅よりも小さい粒子の５０〜７０％程度が、篩下に落ちる。したがって、篩上の粒子のほとんどが篩目よりも大きくなる。なお、振動スクリーン２の篩目は、升目状または平行隙間である。また、篩目の幅は、０．７ミリメートル以上であることが良い。なぜならば、０．７ミリメートル以下の篩目である場合は、高炉水砕スラグ粒が篩目上にブリッジングを起こし、詰まることが多いためである。また、０．３または０．６ｍｍの粒子を篩下に落とす目的では、篩目は２ｍｍ以下とする。分級を行うスクリーンは、図１の装置に示されるように、振動式であることが望ましい。図１の型式の振動篩以外には、循環回転するスクリーンを振動させる型式の装置も、本発明の方法には有効である。
【００３０】
次に、水を過剰に加えることによる分級方法を説明する。なお、以降、この方法を湿式分級と称す。この方式では、粒子間に含みこむことができる以上の比率の水を高炉水砕スラグ粒に加えて細かい粒子が粒子間の水の中に浮遊できるようにする。この状態で篩に通して、水と細かい粒子を篩下に流し落とし、大きな粒子と細かい粒子とを分離する。この方法では、水が篩目を流れていくことから、洗浄効果があり、篩目のつまりが起きづらい特長もある。この湿式分級を実施する具体的な方法は幾つかある。水が過剰な状態の高炉水砕スラグをほぼ水平の振動式篩で分級する方法、円弧の形状をした篩の上に高炉水砕スラグが懸濁したスラリーを流して分級する方法、また、この両者を組み合わせた方法などがある。
【００３１】
図２は、湿式分級する装置の例であり、ほぼ水平に設置された振動式篩の上に水を過剰に含んだ高炉水砕スラグを供給して分級する型式を示すものである。高炉水砕スラグを供給槽１から、スラリー槽７に供給する。スラリー槽７では、高炉水砕スラグと水が良く混合したスラリーを作る。この時の高炉水砕スラグと水の混合比は、質量比で１対２〜１対８の範囲が最も良い。この高炉水砕スラグを多く含むスラリーを湿式振動式スクリーン７の上に供給する。湿式振動式スクリーン７は、振動しながら、大きい粒子を前方に送る。湿式振動式スクリーン８から、搬送コンベア９に大きい粒子の高炉水砕スラグ粒を移し、これをヤードに送る。スラリー槽７には、ポンプ１０で、循環水槽１１から水を送る。水と細かい粒子は、沈殿槽１２で、固液分離する。ここの水を循環水槽１１に戻す。場合によっては、湿式振動式スクリーン８の上のスプレー１３から散水して、細かい粒子が篩下に落ちることを助けることもある。この方法では、分級の効率が向上する。
【００３２】
この方式の分級方法で、水比率を１対２〜１対８とすることは以下の理由がある。１対２以下の水比率では、スラリーの流動性が乏しく、スラリー槽５から湿式振動式スクリーン７に供給することが困難となる。水比率が１対２〜１対８の範囲では、スラリーに流動性があり、かつ、水中に細かい粒子が良好に分散される状態が実現できる。この範囲内でも、水比率が１対４〜１対８では、この効果がほぼ一定となる。一方、水比率が１対８以上では、水の比率が高すぎて、水供給のためのポンプ９や循環水槽１０が大きな装置となり、経済性が悪い。このことが、高炉水砕スラグと水の比率を１対２〜１対８であると篩操作が容易であることの理由である。
【００３３】
ほぼ水平に設置された篩装置で水を過剰に加えて分級する方法では、図２の型式の篩装置以外に、循環移動式の篩を用いることもある。この篩装置では、循環移動するスクリーンがあり、このスラリー上にスラリー状の高炉水砕スラグを落とし、水と細かい粒子をスクリーン下に通過させる。なお、効率的に分級するためには、このスクリーンを振動させることもある。
また、図２の型式などの篩装置を用いる方法では、スラリーを湿式振動式スクリーン７などの上に載せる代わりに、水分が６〜２０質量％の高炉水砕スラグ粒を載せて、これに大量の散水を行うことでも、上記の方法と同等の効果が得られる。この場合も、高炉水砕スラグ粒の質量に対して、２〜８倍の質量の水を用いることにより、効率的な分級ができる。
【００３４】
湿式で分級する場合は、スクリーン７上の高炉水砕スラグ粒の厚みを５ｍｍ程度と薄くすることにより、効率よく分級が行えるが、篩の生産性を向上させるためには、図２と同様に振動式の篩を用いると良い。スクリーン７が振動することにより、高炉水砕スラグ粒の目詰まりが防止できることにより、５ｍｍ以上、場合によっては、２０ｍｍ程度の層厚みでも問題なく分級できる。この際のスクリーンの振動状態には適正な範囲がある。振幅は０．２５ｍｍ以上であることが良い。これは、０．５〜１．５ｍｍ幅の篩目から、粒子を外すために最小限の振幅である。なお、ここで振幅とは、振動の水平成分の最大変化値を言う。また、振動数が１ヘルツ以下では、粒子をスクリーンの篩目から外しづらい問題があり、２０ヘルツ以上では、振動が速すぎて、粒子を外す時間が不足する問題がある。したがって、振動数は１〜２０ヘルツが良い。
【００３５】
図３は、湿式分級する装置のもうひとつの例であり、円弧上のベントシーヴ１４の篩に水を過剰に含んだ高炉水砕スラグを供給して分級する型式を示すものである。高炉水砕スラグのスラリーをスラリー槽７から、ベントシーヴ１４に流す。この時に、細かい粒子と水が篩目から下に通過する。ベントシーヴ１４を抜けた大きい粒子を搬送コンベア８で製品ヤードに送る。細かい粒子と水は、やはり、沈殿槽１２で固液分離する。
【００３６】
これらの篩操作の結果、湿式分級処理では、篩目（篩の隙間）の幅よりも小さい粒子の７０〜８０％程度が、篩下に落ちる。したがって、篩上の粒子のほとんどが篩目よりも大きくなる。なお、振動スクリーン２の篩目は、升目状または平行隙間である。また、篩目の幅は、０．５ミリメートル以上であることが良い。なぜならば、０．５ミリメートル以下の篩目の幅である場合は、高炉水砕スラグ粒が篩目に詰まることが多いためである。また、本発明者らは、篩目の幅は分級したい境界の粒子径（分級点）よりも、約０．３〜１ミリメートル大きいことが望ましいも見出している。
【００３７】
破砕加工していない高炉水砕スラグは、実積率が低く、絶対乾燥比重も小さい場合が多い。このため、このままでは細骨材としての性能がやや劣る。したがって、本発明の高炉スラグ細骨材を製造する方法においては、分級操作と破砕操作を組み合わせることが望ましい。なお、破砕後に分級する方法と分級後に破砕する方法とがあるが、本発明ではいずれの順序で処理を行っても良い。細かい粒子を厳密に除去したい場合は、破砕操作後に分級する。また、破砕操作の能力が小さい場合などは、分級操作後に破砕する。
【００３８】
原料である高炉水砕スラグ粒の粒度分布によって異なるが、湿式分級方法では、０．５〜１．５ミリメートルの篩目の幅で処理すれば、篩上粒子の０．３ミリメートル以下の比率を低下させることができる。ただし、この篩目の幅の条件は、破砕後に分級する場合の範囲である。また、分級後に破砕する場合は、０．７〜１．５ミリメートルの篩目の幅が良い。なお、以上に説明したように、本発明の分級方法は、特に、０．３ミリメートル以下の粒子を分離することに、有効な方法である。しかし、本発明では、この目的の分級だけでなく、任意の分級点での分級も効率的に行える。例えば、１ミリメートル以下の粒子が多い集合と１ミリメートル以上の粒子の多い集合に分級することなどにも有効である。この場合も、篩目の幅は、０．５ｍｍ以上が良い。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
本発明の分級処理の原料に用いた高炉水砕スラグの粒度分布と含有水分を表１に示す。スラグ１は、やや粗い粒子で構成されるもので、平均粒径は１．１５ミリメートル、粗粒率は３．２で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は１４％であった。スラグ２は、やや細かい粒子で構成されるもので、平均粒径は０．８７ミリメートル、粗粒率は２．８で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は２４％であった。スラグ３は、スラグ１をインパクトクラッシャーで軽破砕したもので、平均粒径は０．８１ミリメートル、粗粒率は２．７で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は２５％であった。
【００４０】
【表１】
2006083062.tif 000003
【００４１】
まず、実施例１〜３は図１の装置を用いた分級処理の例である。乾式振動式スクリーン２は、四角の桝目のスクリーンを用いており、篩目の幅は１ミリメートルであった。この結果を表２に示す。実施例１では、スラグ１を水分１．８質量％まで乾燥したものを使用した。分級の結果、大きな粒子の回収物は、平均粒径は１．２９ミリメートル、粗粒率は３．６で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は６％であった。実施例２では、水分０．８質量％のスラグ２を分級の結果、平均粒径は１．０２ミリメートル、粗粒率は３．２で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は９％であった。実施例３では、水分２．６質量％のスラグ３を分級の結果、平均粒径は０．９７ミリメートル、粗粒率は３．０で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は１２％であった。このように、本発明の条件で分級することにより、効率的な篩ができた。特に、実施例３の破砕処理を行った高炉水砕スラグを篩ったものでは、実積率が５５％と良好なものであった。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
一方、比較例１では、スラグ１を水分８質量％の状態で分級した結果である。この例では、篩操作を開始して、１２分後に、篩目につまりが生じた。また、篩上で回収したスラグは、平均粒径は１．１９ミリメートル、粗粒率は３．３で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は１２％であった。また、篩下のスラグも、平均粒径が、０．９２ミリメートルと比較的粗く、十分な分離ができなかった。
【００４４】
実施例４〜６は、図２に示される平行隙間の篩目の湿式振動式スクリーン７が設置されている装置を用いた分級処理の例である。この結果を表３に示す。実施例４では、スラグ１を分級した例である。まず、スラグ１の質量に対して、２．７倍の水を加えたスラリーを作り、これを篩った。篩目の幅は１．０ミリメートルであった。篩上の粒子は、平均粒径は１．３２ミリメートル、粗粒率は３．６で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は３％であった。篩下の粒子は、平均粒径が０．４７ミリメートルと小さいものであった。
【００４５】
実施例５では、スラグ２の質量に対して、３．３倍の水を加えたスラリーを作り、これを、篩目の幅０．８ミリメートルで分級したが、比較的粒子径が小さいものであったことから、さらに、スラグ２の質量に対して、０．３倍の水を湿式振動式スクリーン７の上のスラグ２にかけて、細かい粒子の分離を促進した。篩上の粒子は、平均粒径１．０６ミリメートル、粗粒率３．１で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は５％であった。実施例６では、スラグ３の質量に対して、４．０倍の水を加えたスラリーを作り、これを分級した。篩目の幅は、０．６ミリメートルであった。篩上の粒子は、平均粒径１．００ミリメートル、粗粒率２．９で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は８％であった。なお、いずれの処理でも振動スクリーン７の振幅は０．７ｍｍであり、また、振動数は２ヘルツであった。
【００４６】
【表３】
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【００４７】
比較例２は、図２の装置を用いて、スラグ３の質量に対して、１．５倍の水を加えたスラリーを作り、これを篩った、本発明のうちではスラリーの水の比率が少なすぎる例である。篩目の幅は０．８ミリメートルであった。この結果も表３に示す。この例ではスラリーの流動性が不十分であることと、湿式振動式スクリーン７での水の抜けが不十分であったことから、分級はできたが、篩の効果がやや不十分であった。篩上の粒子は、平均粒径０．８９メートル、粗粒率２．７で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は１９％であった。この処理では、このように、篩下の粒子の比率は少なく、分級効率が悪かった。
【００４８】
比較例３は、図２の装置を用いて、スラグ３の質量に対して、３．０倍の水を加えたスラリーを作り、これを篩った、篩目の幅が０．４５ミリメートルと篩目の幅の比較的狭い例であった。この結果も表３に示す。この例では、分級処理を開始して、３分間は順調に処理が行えたが、これ以降は、徐々に篩目の詰りが生じて、１５分後には、処理が中断してしまった。また、篩上の粒子のうち、０．３ミリメートル以下の粒子比率は２１％と、あまり比率が低下していなかった。
【００４９】
実施例７〜９は図３の装置を用いた分級処理の例である。この結果を表４に示す。実施例７では、スラグ１の質量に対して、２．５倍の水を加えたスラリーを作り、これを篩った。篩目の幅は１．４ミリメートルであった。篩上の粒子は、平均粒径は１．３８ミリメートル、粗粒率は３．７で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は１％であった。この処理での篩上に残った粒子の０．３ミリメートル以下の比率が少ない良好な結果であったが、篩上粒子の比率が５５％とやや少ない結果となった。特に、大きな粒子の細骨材を製造するためには、このように１ミリメートル以上の篩目の幅とすることが多い。
【００５０】
実施例８では、スラグ２の質量に対して、４．０倍の水を加えたスラリーを作り、これを分級した。篩上の粒子は、平均粒径１．０１ミリメートル、粗粒率３．０で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は７％であった。実施例９では、スラグ３の質量に対して、５倍の水を加えたスラリーを作り、これを分級した。篩上の粒子は、平均粒径１．００ミリメートル、粗粒率２．９で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は４％であった。なお、実施例７〜９のいずれの処理でも、振動スクリーン７の振幅は０．５〜１ｍｍであり、また、振動数は２〜３ヘルツであった。
【００５１】
【表４】
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【００５２】
以上に記載した方法では、実施例４〜９のように、湿式分級方法は、高炉水砕スラグを分級するためには、最適な方法である。ただし、高炉水砕スラグと水の質量比率や篩目を適正にする必要がある。高炉水砕スラグ粒の０．３ミリメートル以下の粒子比率を低下させるためには、篩目の幅を０．５〜１．５ミリメートルとすることが良かった。
【００５３】
表に記載していないが、実施例１０は、実施例４で分級した高炉水砕スラグをインパクトクラッシャーで破砕した例である。破砕処理の結果で得られた粒子は、平均粒径１．１７ミリメートル、粗粒率は３．１で、０．３ミリメートル以下の粒子比率は７％であった。この破砕製品の実積率は５５％であった。また、単位容積質量と絶対乾燥質量は、各々、１．３８キログラム／リットルから１．４９キログラム／リットルに、また、２．６７から２．７２へ改善した。このように、分級処理後に、破砕処理を行うと、良好な高炉スラグ細骨材が製造できる。
【００５４】
以上に説明した方法で製造した高炉スラグ細骨材の固結発生状況の実験を行った。実施例１１は、実施例３の分級処理で得られた０．３ミリメートル以下の粒子が１２％の高炉水砕スラグ、実施例１２は実施例５の分級処理で得られた０．３ミリメートル以下の粒子が３％の高炉水砕スラグ、また、実施例１３は実施例１０の分級処理と破砕処理で得られた０．３ミリメートル以下の粒子が７％の高炉水砕スラグの実験結果である。また、比較例４は０．３ミリメートル以下の粒子が２４％の高炉水砕スラグの実験結果である。
【００５５】
これらの固結実験では、水分が８質量％の高炉水砕スラグ粒を直径１５センチメートル、高さ２０センチメートルの鋼製の容器に入れ、この上から２０キログラムの重りを載せた。この実験検体を４０℃の恒温槽に入れて実験した。この実験検体に５ミリメートル径の棒を挿入して、この際の抵抗を測定して、この値が急激に増加する点を固結が起きた時点と判定した。実施例１１は５５日後、実施例１３は９１日後に固結した。また、実施例１２では、０．３ｍｍ以下の粒子比率が３％と少なかったため、１２０日後でも固結しなかった。一方、比較例４では、０．３ｍｍ以下の粒子比率が２４％と多かったため、１９日後に固結した。このように、０．３ミリメートル以下の粒子比率が１２％以下の場合は、固結が遅く、８％以下の場合は、固結までの時間が極めて長くなる。さらに、０．３ミリメートル以下の粒子比率が４％以下の場合は、ほとんど固結しなくなる。
【００５６】
実施例１３と１４は、実施例６と１０で製造した高炉スラグ細骨材と表１に記載される粗粒率２．１９の細め砂を混合した細骨材を使用したコンクリート施工結果である。これらの高炉スラグ細骨材は、重要な指標である実積率が５３％と５５％であった。実施例１３では、実施例６の高炉スラグ細骨材を３０質量％とこの陸砂を７０質量％の比率で混合した混合細骨材の例である。また、実施例１４では、実施例６の高炉スラグ細骨材を３０質量％と前出の陸砂を７０質量％の比率で混合した混合細骨材の例である。混合細骨材の粗粒率は、実施例１３で２．４７、実施例１４で２．５２であった。比較例５は、粗粒率２．１９の細め砂をそのまま使用したコンクリート試験結果である。
【００５７】
この細骨材を用いたセメントコンクリートを製造して、生コンクリートのスランプ測定結果で細骨材の性能を判定した。コンクリート製造条件は、コンクリート１立法メートル当たり、粗骨材１０５０キログラム、細骨材７１０キログラム、および、セメント１７５キログラムを使用するものであった。この時の水の混合比率は、標準細骨材でスランプが１８センチメートルとなる条件とした。良質な細骨材であるかの判定は、スランプが１８±１．５センチメートルであることを基準とした。なお、標準細骨材は、粗粒率が２．５２の川砂であった。
【００５８】
実施例１３では、スランプが１７．５センチメートルであり、粗骨材とモルタルの分離がなく良好な生コンクリートであった。実施例１４では、スランプが１７．０センチメートルであり、これも粗骨材とモルタルの分離がなく良好な生コンクリートであった。固化セメント強度は、標準砂の場合と同じであった。一方、比較例５では、スランプが２０．５センチメートルと過大であり、また、粗骨材とモルタルの分離があって、ガサガサした流動性が不良な生コンクリートであった。固化セメント強度は、標準砂の場合の８５％程度しか出ていなかった。また、ひび割れが生じていた。この例のように、本発明の高炉スラグ細骨材と細かい砂を混合することにより、粒度分布を適正化することにより、高品質の混合細骨材を製造できる。また、この混合細骨材を使用して製造したコンクリートの性能は適正となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の行う、水分の低い高炉水砕スラグを分級する振動式の篩装置の図である。
【図２】本発明を行う、水分を多く含む状態の高炉水砕スラグを分級する水平に設置された振動式篩装置の図である。
【図３】本発明を行う、水分を多く含む状態の高炉水砕スラグを分級する円弧状の形状を持った篩装置の図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  供給槽
２  乾式振動式スクリーン
３  大粒子排出部
４  大粒子製品
５  小粒子シュート
６  小粒子製品槽
７  スラリー槽
８  湿式振動式スクリーン
９  搬送コンベア
１０  ポンプ
１１  循環水槽
１２  沈殿槽
１３  スプレー
１４  ベントシーヴ
特許出願人  新日本製鐵株式会社  他１名
代理人  弁理士    椎  名    彊
【図１】
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【図２】
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【図３】
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